专利名称：处理和在有源寻址显示器上显示图象数据的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输技术领域。具体地说，本发明涉及对所发送的数据进行处理并在有源寻址显示器上顺序显示的技术。
直接多路寻址、有效值(均方根值)响应电子显示器的一个例子是众所周知的液晶显示器(LCD)。在这种显示器中，在两块平行的玻璃板之间夹有一种向列液晶材料。每一块玻璃板的与液晶材料接触的表面上都加有一些电极。通常，这些电极在一块玻璃板上排列成垂直的列，而在另一块玻璃板上排列成水平的行，以便对列电极和行电极交叠处的象元进行驱动。
在有效值响应显示器中，象元的光学状态主要取决于加在象元上的电压(即加到在象元相对两侧的电极上的电压之差)的平方。LCD具有固有时常数，表示象元的光学状态在由于加到象元上的电压改变而改变后再回到平衡状态所需的时间。目前，技术已经发展到生产出时常数接近许多电视显示器所采用的帧周期那样(16.7毫秒左右)的LCD。这样短的时常数使LCD的响应非常快，这对显示活动的画面特别有利，显示出来的图象不会有明显的拖影或闪烁。
常规的对LCD进行直接多路寻址的方法在显示器时常数接近帧周期时会碰到一个问题，其原因是常规的直接多路寻址方法使得每一个象元每帧只受到一个非常短促的“选择”脉冲的作用。这个选择脉冲的电压一般要比在帧周期内进行平均而得到的有效值电压高到7至13倍。短时常数LCD的象元的光学状态在下一个选择脉冲来到之前就要恢复到平衡状态，因此降低了图象的对比度，因为人眼对所感觉的亮度瞬时值具有积分平均作用。此外，这样高的选择脉冲会使有些LCD的对准不稳定。
为了克服上述问题，已经研究出一种称为有源寻址的方法，对有效值响应电子显示器进行驱动。这种有源寻址方法是用一组行信号分别对相应的行电极进行连续驱动。各行信号都是一串周期脉冲，其公共周期T与帧周期相应。这组行信号与所要显示的图象无关，最好是正交和经标准化的，也就是标准正交的。所谓“正交”是指，如果将加在某一行上的信号的幅值乘以加在另一行上的信号的幅值，则其内积在帧周期内的积分量等于零。所谓“标准化”是指，各行信号在帧周期T内平均的有效值电压都是相同的。
在每个帧周期期间，根据各列中的象元的集体状态计算和产生出各列电极的信号。在帧周期内任何时刻的列电压正比于考虑了这列中各象元所得到的和。这个和是通过将表示象元光学状态的“象元值”(-1为“最暗”，+1为“最亮”，而-1与+1之间的值为相应各级灰度)分别乘以本象元的行信号在时刻t时的值，再将列中所有这些乘积相加而得到的。
如果用上述有源寻址方式进行驱动，则在数学上可以证明，显示器的各象元上加有一个分别与该帧相应象元值成正比的在帧周期内平均的有效值电压。有源寻址的优点是能够保证所显示的图象具有高对比度，因为有源寻址是在帧周期期间将一组分布在整个帧周期内的电平较低的(为有效值电压的2至5倍)选择脉冲加到每个象元上，而不是只加一个电平很高的选择脉冲。此外，由于选择脉冲的电平相当低，这就大大降低了发生对准不稳定的概率。结果是，采用有源寻址方法后，诸如在便携式无线电设备中所使用的LCD那样的有效值的响应电子显示器可以以电视速度显示图象数据，而不会产生拖影或闪烁。此外，用有源寻址方法驱动的LCD能够显示具有多级灰度的图象数据，而不会出现在用通常的多路寻址方法驱动的LCD中所出现的对比度降低之类的问题。
因此，随着有源寻址方法的出现，就有可能开发出一种利用已有的数据压缩技术将图象数据发送给便携式无线电设备的无线电通信系统。便携式无线电设备通过脱压缩处理后将图象数据显示在用如上所述的有源寻址方法驱动的常用LCD上。然而，大多数数据压缩和脱压缩技术都涉及大量用软件或硬件执行的复杂计算。同样，要进行有源寻址，需要计算和产生加到LCD各到象元上的列信号，这也涉及大量复杂计算。因此，这些已知的数据脱压缩和有源寻址方法就会增加便携式无线电设备的电路量，从而使设备的体积增大，设备的电池寿命降低。就用户来说，这恰恰是很大的缺点。
因此就需要开发一种便携式无线电设备，这种无线电设备既能对图象数据进行脱压缩和显示，又不会因为需要脱压缩和寻址电路而增大无线电设备的体积。此外，这种无线电设备耗电应该尽量小。
根据本发明的一个方面，接收并把信息显示在液晶显示器上的电子设备包括一个用来接收地址的接收机。一个与接收机相连的存储器存储着一些预定地址和各组列值，每个预定地址与一组列值相互对应，而每组列值以适合对液晶显示器的列有源寻址的格式存储。一个与接收机和存储器相连的控制器确定哪些组列值分别对应于与接收机所接收到的这些地址相当的预定地址。与控制器相连的各列驱动器根据这些组列值分别产生相应的列信号。这些列信号按照有源寻址技术用来分别驱动液晶显示器的各个列电极。
在本说明书的附图中
图1为常规的液晶显示器的局部正视图;
图2为沿图1的线2-2切剖的剖视图;
图3为本发明采用的沃尔会函数矩阵;
图4为与根据本发明的图3的沃尔什函数相应的驱动信号波形图;
图5示出了本发明的无线电通信系统，其中基站向数据通信接收机发送经压缩的图象数据;
图6为本发明的图5基站的电气方框图用于压缩进行射频传输图象数据;
图7为说明本发明的图5的基站中压缩电路工作的流程图。
图8示出了在x-y坐标内本发明的压缩电路的预定量化层以及图象数据矩阵的矢量;
图9为说明本发明的图5的基站中控制器工作的流程图;
图10为本发明的图5的数据通信接收机的方框图;
图11为说明本发明的图5的数据通信接收机中控制器工作的流程图。
图1和2示出了常规的液晶显示器(LCD)100的局部正视和剖视图。由图可见，在第一、第二透明基板102、206之间夹有一层液晶材料202。四周的密封层204防止了液晶材料逸出LCD100。LCD100还有一组透明的电极，这组电极包括配置在第二透明基板206上的各行电极106和配置在第一透明基板102上的各列电极104。在每个列电极104和行电极106交叠的点(如交叠点108)，加在交叠电极104、106上的电压能够控制其间液晶材料202的光学状态，从所形成一个可控的象元。虽然按照本发明的优选实施例所推荐的是LCD，当然其它型式的显示器件也可使用，只要这种显示器件的光学特性与LCD的有效值响应类似是对加在每个象元上的电压的平方进行响应的。
图3和4分别示出了本发明优选实施例所采用的沃尔什(Walsh)函数300的8×8(三阶)矩阵和相应的沃尔什波形400。沃尔什函数是正交标准化的，因此最好用于如前面发明背景所述的有源寻址显示系统中。熟悉该技术的人员可以理解，在有源寻址显示系统中也可以采用诸如伪随机二进制序列(PRBS)函数或直接余弦变换(DCT)函数之类的其它各种函数。
当在有源寻址显示系统中采用沃尔什函数时，电平分别由各沃尔什波400表示的电压相应加到LCD100的选定的电极上。例如，沃尔什波404、406、408可以分别加到第一(最上面的)、第二、第三行电极106上，等等。这样，沃尔什波400的每个就唯一地加到一个相应的行电极106上。最好在用LCD时不要使用沃尔什波402，因为沃尔什波402会以一个有害的直流电压偏置LCD100。
值得注意的是，各沃尔什波400在每个时隙t期间的值是不变的。对于8个沃尔什波400而言，时隙t的宽度等于沃尔什波400从开始410至结束412的一个全周的八分之一。当用沃尔什波对显示器进行有源寻址时，沃尔什波400的一个全周设置为帧宽度，亦即接收一组完整的控制LCD100所有象元108的数据的时间。8个沃尔什波400最多可以唯一地驱动8个行电极106(如果不用沃尔什波402，则为7个行电极)。当然，一个真正的显示器具有的行多得多。例如，在目前广泛使用的膝上型计算机中显示器480行640列。由于沃尔什函数矩阵只能是由2的整次方所确定的完全集，而有源寻址的正交性要求又只允许任一个沃尔什波驱动一个行电极，因此为了驱动一个具有480个行电极106的显示器就需要一个512×512(29×29)的沃尔什函数矩阵。在这个情况下，时隙t的宽度为帧时宽的1/512。用480个沃尔什波分别驱动480个行电极106，而剩下的32个(最好包括具有直流偏置的第一沃尔什波402)不予使用。
参阅图5，一个无线电通信系统500包括一个向处在所覆盖的区域内的数据通信接收机510发送射频(RF)信号的基站505。按照本发明，基站505能从诸如摄象机之类的视频源507接收图象数据。基站505周期性地对图象数据进行压缩和编码，以便形成RF信号加以传输。可以是象寻呼机或其它便携式无线电设备那样的数据通信接收机510收到RF信号后，将其中所含的信息显示在诸如LCD100(图1)那样的有源寻址显示装置上。
当数据通信接收机510是寻呼机或双向无线电装置之类的便携式无线电设备时，尺寸是十分关心的问题，因为用户往往希望便携式无线电设备重量轻而且呈流线型，这样就不致于太粗笨，也不会妨碍衣服、钱包等。此外，电池寿命也是非常重要的，因为便携式无线电设备的用户不愿意受到必需经常更换电池的麻烦，而且有时候电池也是很贵的。因此，按照本发明的这个优选实施例，数据通信接收机510和基站505处理图象数据的方式可以使得在数据通信接收机510中不需要复杂的数据脱压缩电路，从而避免了体积不必要的增大和电池寿命不必要降低。
图6为按照本发明所构成的基站505的电气方框图。基站505有一个输入端600，用来接收视频源507(图5)发来的图象数据和将这图象数据传送给控制器605进行处理。基站505还包括一个与控制器605相连用来暂时存放图象数据的缓冲器610和一个与控制器605相连、用来提供系统定时所要用到的各实际时间值的时钟612。一个诸如只读存储器(ROM)614那样的存储器用来存放控制器605在基站505工作期间所要执行的各个子程序。
在基站505中还包括用来压缩图象数据的压缩电路。压缩电路最好是一个矢量量化器615，用来接收和压缩控制器605所提供的一组图象数据值。这组图象数据值例如可以是一个由包含在接收到的图象数据形成的图象数据矩阵中的一列所定义的矢量。矢量量化器615以常规的方式将收到的这个列矢量量化成一些预定的量化层中最接近的那个量化层，而每个预定量化层是由一组值来定义的。例如，一个预定量化层可以是一个由值(x1，y1，z1)所定义的矢量。下面将把这些预定量化层称为“形心”(centroids)，因为熟悉该技术的人都非常清楚，图象数据矩阵中的列矢量都是簇聚在这些预定量化层亦即形心的周围。形心的数量由矢量量化器615的位数确定。例如，如果矢量量化器615是一个8位的量化器，则一个列矢量可量化成256个预定量化层(形心)中的某一个相应的层。
图7示出了矢量量化器615(图6)的工作流程。当矢量量化器615接收到控制器605发来的一个列矢量，例如图象矩阵的一列时(步700)，矢量量化器615确定哪一个预定形心最接近这个列矢量(步705)。可以用来确定最接近的形心的一种方法是标示出这个列矢量和那些预定的形心的位置，这通过结合图8的例示可以更加清楚一些。
图8示出了预定的形心710和形心710附近的列向量(较小的点)的位置。为了例示简明起见，每个提供给矢量量化器615的列矢量只包括两个值，因此可以用x和y坐标来标示。当然，如果列向量由数目更多的值构成，则可用数目相等的坐标来标示。例如，一个具有10个值的列矢量可以在10维坐标内进行标示。此外，为简单起见，图中只示出四个预定形心710，它对应于一个两位的矢量量化器。根据这个标示图，两位矢量量化器就可以确定对于每个所标示的列向量来说哪个形心710是最接近的。
回到图7，一旦在步705确定了最接近接收到的列矢量的预定形心，矢量量化器615就对包括形心及其相应的地址的查找表620(图6)或其它类似的存储装置进行访问(步715)。接着，矢量量化器615向控制器605提供与这个最接近的形心相应的地址(步720)。这样，通过将一组值(即一个列向量)压缩成一个单一的值(即一个地址)对图象数据进行了压缩。
再回到图6，基站505还包括一个与控制器605相连的选呼编码器725，用来将经压缩的数据，亦即矢量量化器615所提供的地址，编成一种适合寻呼格式的码，如POCSAG(O.PostofficeCodeStandardizofionAolvisoryGuorp)或GSC(戈莱序列码)。与控制器605相连的发射机730将编了码的信息以射频(RF)信号的形式发送出去。
图9示出了按照本发明所构成的基站控制器605(图6)的工作流程。如上所述，控制器605接收视频源507(图5)发来的图象数据(步骤905)和将图象数据以矩阵形式存储起来(步910)，直至接收了一帧的所有数据(步915)。然后，控制器605向矢量量化器615提供所存储的矩阵的列，亦即列向量(步920)，由矢量量化器615对上述数据进行压缩，这在以上已结合图7和8加以说明。接着，控制器605接收由矢量量化器615提供的分别与各列矢量有关的相应地址(步925)，再将这些地址提供给选呼编码器725(步930)。在选呼编码器725将这些地址按适合寻呼的格式编码后，经编码的信息就回送到控制器605(步935)。此后，控制器605将经编码的信息提供给发射机730(步940)，由发射机730以RF信号形式进行发送。
显然，基站505可以用常规的终端/发射机控制以及分别与控制器相连的“哑”(dump)RF发射机730和图象数据压缩电路来实现。控制器605、缓冲器610、时钟612、ROM614以及选呼编码器725都可以包括在例如英托罗拉公司(Motorola，Inc.ofSchaumburg，Iuinois)制造的终端/发射机控制器MPS-200内。象莫托罗拉公司制造的微计算机MC68HC05那样的带有内存的微计算机可以用来实现矢量量化器615。或者，也可以由控制器605来执行矢量量化器615的操作。
图10为数据通信接收机510的方框图。由图所见，数据通信接收机510最好包括一个接收RF信号和恢复其中所含的地址信息的接收机1010和一个暂时存放诸如接收到的地址那样信息的缓冲器1015。有一个控制器1020与接收机1010和缓冲器1015相连，用来控制数据通信接收机510的工作。控制器1020对各地址进行处理，通过访问查找表1025确定分别与各地址相关的各个列信号。查找表1025最好用诸如只读存储器那样的存储装置来实现，其中存有基站505可以发送的地址清单。此外，在查找表1025中还存有分别与各地址相应的各组经变换的列值。每个组内的列值最好存储在一些预定的地址，也就是说按预定结构存储，使得这些列值可以以预定次序检索和处理。此外，每个组的经变换的列值的格式应该适合驱动数据通信接收机510的有源寻址LCD1027。
如前所述，适合驱动的有源寻址显示器的列值可以通过将每列图象数据用诸如沃尔什、PRBS或DCT那样的标准正交函数加以变换来产生，以得到一组变换的列值。图象数据可以用几种常规的方法来实现，例如快速沃尔什变换、快速付里叶变换或修正的快速付里叶变换，或者矩阵相乘。如果用矩阵相乘的方法，则对于某一列图象数据的一组经变换的列值由下式确定CV＝I＊OM其中CV表示经变换得到的多个列值，I表示图象数据列，而OM表示正交函数矩阵，如沃尔什矩阵，其行数大于或等于被有源寻址的LCD1027的行数。
显然，由于存储在矢量量化器615的查找表620(图6)内的预定量化层，亦即形心，是已知的，因此这些形心可以用矩阵相乘、沃尔什变换等变换成适合对LCD1027的列进行有源寻址驱动的相应各组列值。然后各组列值存储在数据通信接收机510的查找表1025内，在存储器中与存储在基站查找表620内的各形心的地址对应。例如，如果基站505发送了一个与某个预定形心相应的地址，则数据通信接收机510在接收到RF信号、提取了这个地址后，就对查找表1025进行检索，确定出与这个预定形心相应的那组经变换的列值。这样，数据通信接收机510就不需要对所接收到的地址进行通常所用的脱压缩处理。此外，由于这些列值是按有源寻址格式存储的，因此无论数据通信接收机510或基站505都不需要包括执行图象数据变换以产生有源寻址信号的复杂的电路装置。
另一方面，在常规的系统中，基站可能也是用矢量量化器对图象数据进行压缩，然而在接收机中要用通常的脱压缩技术对数据进行脱压缩，而经脱压缩的数据还需加以变换，以便对显示器进行寻址。在有源寻址显示系统中，还需要有将数据变换成对显示器进行有源寻址的列值的电路装置，这种电路装置可能是既十分复杂又相当费电的，这恐怕不是便携式电子设备的小型低容量电池所能胜任的。这个问题在用了本发明所推出的不需要复杂的脱压缩和变换电路的数据通信接收机510后就可得到缓解。结果是，与接收和显示图象的一般设备相比，数据通信接收机510体积既小，耗电也省。
数据通信接收机510中近包括一个行函数数据库1030，用来存储行函数矩阵形式的正交函数，如沃尔什、PRBS和DCT函数。这个矩阵的行数大于或等于LCD1027的行数。接在控制器1020和LCD1027之间的那些行驱动器1035分别用根据行函数矩阵的各行所产生的这些行信号驱动LCD1027相应各行，而那些列驱动器1040则分别以通常规方式用根据控制器1020提供的各组列值产生的这些列信号驱动LCD1027相应各列。LCD1027的各行各列按通常的有源寻址方法几乎同时用这些行信号的列信号进行驱动。
控制器1020、缓冲器1015、行函数数据库1030和查找表1025可以包含在一个诸如由莫托罗拉公司制造的DSP56000那样的数字信号处理器(DSP)1045中，或者用执行这些操作的硬线电路来实现。行驱动器1035可以用精工爱普森公司(SeikoEpsonCorpora-tion)制造的行驱动器SED1704来实现，而列驱动器1040可以用精工爱普森公司制造的列驱动器SED1779DOA来实现。
图11示出了控制器1020的工作流程。按照本发明，控制器1020在接收到接收机1010恢复的地址信息后(步1100)，查询查找表1025，以恢复与接收到的地址相对应的那组经变换的列值(步1105)。列值最好暂时存放在缓冲器1015中(步1110)，直至所有一帧数据全都已经收到(步1115)。然后，控制器1020向列驱动器1040(图10)提供列值(步1120)，使驱动器1040用根据这些列值产生的相应列信号分别驱动LCD1027各列。此外，控制器1020从行函数数据库1030中恢复正交行函数(步1125)，再将这些行函数提供给行驱动器1035(步1130)，分别对LCD1027各行进行驱动。
总而言之，按照本发明所构成的通信系统由于在数据通信接收机中不再需要脱压缩电路和变换电路，因此使诸如上述数据通信接收机那样的便携式无线电设备更为简单。具体地说，本发明所推出的数据通信接收机接收到压缩图象数据后，直接将这压缩图象数据转换成驱动有源寻址LCD的经变换的列值。通过查询查找表可以简单方便地对查找表中以地址的形式所表示的压缩图象数据进行变换，提取分别与这些地址相应的各组经变换的列值。这样，这种数据通信接收机就不必对数据进行脱压缩处理，也不必将脱压缩后的图象数据变换成适合对LCD寻址的格式。因此，这种数据通信接收机与要将数据脱压缩后再加以处理形成驱动有源寻址显示器的信号的常规无线电设备相比体积既小耗电也省。
由上可见，本发明所提供的便携式无线电设备可以对压缩图象数据进行处理，产生适合对LCD进行有源寻址的信号。由于这种设备不需要脱压缩电路和寻址电路，所以体积增加不了多少，电池寿命的降低也限制到最低程度。
权利要求
1.一种接收和在显示器(1027)上显示信息的电子设备(510)，其特征是所述设备包括一个接收机(1010)，用来接收地址信息；一个与接收机(1010)相连的存储器(1025)，用来存储各预定地址和各组列值，其中每个预定地址和单独一组列值相对应，而每组列值以适合对显示器(1027)的列有源寻址的格式存储；一个与接收机(1010)和存储器(1025)相连的确定装置(1020)，用来确定哪些组列值分别与等于接收机(1010)收到的这些地址的各预定地址相应；以及一个与确定装置(1020)相连的列信号产生装置(1040)，用来根据所述确定的这些组列值产生按照有源寻址技术分别驱动显示器(1027)各列的列信号。
2.权利要求1所提出的电子设备(510)，其特征是所述设备还包括一个数据库(1030)，用来存储一组标准正交的行函数;以及一个与数据库(1030)和显示器(1027)相连的行信号产生装置(1035)，用来根据这组行函数产生一组按照有源寻直技术分别驱动显示器(1027)各行的行信号。
3.一种接收和在液晶显示器(1027)上显示信息的数据通信接收机(510)，其特征是所述数据通信接收机(510)包括一个接收机(1010)，用来接收地址信息;一个与接收机(1010)相连的存储器(1025)，用来存储各预定地址和各组列值，其中每个预定地址和单独一组列值相应，而每组列值以适合对液晶显示器(1027)的列有源寻址的格式存储;一个与接收机(1010)和存储器(1025)相连的控制器(1020)，用来确定哪些组列值分别与等于接收机(1010)收到的这些地址的各预定地址相应;以及一些与控制器(1020)相连的列驱动器(1040)，用来根据所确定的这些组列值产生按照有源寻址技术分别驱动液晶显示器(1027)各列的各个列信号。
4.权利要求3所提出的数据通信接收机(510)，其特征是所述数据通信接收机还包括一个数据库(1030)，用来存储一组标准正交的行函数;以及一些与数据库(1030)和液晶显示器(1027)相连的行驱动器(1035)，用来根据这组行函数产生一组按照有源寻址技术分别驱动液晶显示器(1027)各行的行信号。
5.一种通信系统(500)，其特征是所述通信系统包括一个基站(505)，所述基站接收图象数据值和通过矢量量化技术加以压缩，使得由这些图象数据值形成的图象数据矩阵的各列分别用相应的地址表示，然后基站(505)以射频(RF)信号发送这些分别表示图象数据矩阵各列的地址;以及一个与基站(505)偶合的数据通信接收机(510)，用来在显示器(1027)上显示信息，所述数据通信接收机包括一个接收机(1010)，用来接收由基站(505)发送的地址信号;一个与接收机(1010)相连的存储器(1025)，用来存储各预定地址和各组列值，其中每个预定地址和单独一组值相应，而每列值以适合对显示器(1027)的列有源寻址的格式存储;一个与接收机(1010)和存储器(1025)相连的确定装置(1020)，用来确定哪些组列值分别与等于接收机(1010)收到的这些地址的各预定地址相应，以及一个与确定装置(1020)相连的列信号产生装置(1040)，用来根据所确定的这些组列值产生用于按照有源寻址技术分别驱动显示器(1027)各列的各个列信号。
6.权利要求5所提出的通信系统(500)，其特征是其中所述显示器(1027)是一个液晶显示器。
7.权利要求5所提出的通信系统(500)，其特征是所述通信系统还包括一个数据库(1030)，用来存储一组标准正交的行函数;以及一个与数据库(1030)和显示器(1027)相连的行信号产生装置(1035)，用来根据这组行信号产生一组用于按照有源寻址技术分别驱动显示器(1027)各行的行信号。
8.权利要求5所提出的通信系统(500)，其特征是其中所述基站(505)包括一个接收装置(600、605)，用来接收图象数据值;一个与接收装置(600、605)相连的矢量量化器(615)，用来产生分别表示代表图象数据值的图象数据矩阵的各列的这些地址;以及一个与矢量量化器(615)相连的发射机(730)，用来以RF信号发送这些地址。
9.权利要求5所提出的通信系统(500)，其特征是其中所述存储在存储器(1025)中的每组列值是通过对图象数据矩阵的由与这组值相应的地址表示的列进行变换而得出的那些值。
10.权利要求9所提出的通信系统(500)，其特征是其中所述图象数据的列通过乘以一个代表一组标准正交函数的标准正交矩阵而得到交换。
全文摘要
本发明所提出的所具有显示器的数据通信接收机中处理接收到的信息的方法包括接收一个与一组图象数据值相应的地址(步1100)和将这个地址与各个所存储的地址相比较以确定哪个所存储的地址与这个地址相当(步1105)。该方法还包括从存储器检索出一组与相当于接收到的地址的所存储的地址相应的列值，这组列值以适合对显示器的列有源寻址的形式存储在存储器中。
文档编号H04N7/28GK1104004SQ94106168
公开日1995年6月21日 申请日期1994年5月23日 优先权日1993年5月24日
发明者扎弗·默常特, 艾里·塞蒂 申请人:莫托罗拉公司